WO2014177422A1 - Vorrichtung zur steuerung eines gaswechselventils einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur steuerung eines gaswechselventils einer brennkraftmaschine Download PDF

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Christoph Beerens
Roberto Cutrona
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Mahle International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling a
  • Claim 1 The invention also relates to a motor vehicle with such a device and a method for operating such
  • a generic device for controlling a gas exchange valve of an internal combustion engine is known.
  • the device has an axially displaceable valve member, which at its
  • Hydraulic fluid is generated by the high-pressure pump, with a small buffer for temporary storage of hydraulic fluid.
  • a disadvantage of the known device is the comparatively high energy requirement of the high-pressure pump for providing the pressure required for actuating the valve.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing an improved embodiment for a device of the generic type, which can be operated in particular significantly more energy-efficient.
  • the present invention is based on the general idea, a
  • High-pressure pump for generating a piston and an associated valve member adjusting pressure mechanically entrained in a drive train of a motor vehicle and preferably operate exclusively in a recuperation of the motor vehicle, and also provide a connected to the high-pressure pump hydropneumatic pressure accumulator, in which the operation of the piston and thus the valve member
  • Inventive device for controlling the gas exchange valves has the known axially displaceable valve member that at his
  • Compressibility of the gas is used as a spring whose spring rate can be selectively adjusted by influencing the pressure. Also provided are the high-pressure pump according to the invention and an electrical control valve for Actuation of the working spaces with hydraulic fluid or for regulating the gas pressure in the case of the pneumatic operation of the combustion chamber near
  • hydropneumatic accumulator wherein the high-pressure pump is activated by means of an engine control unit in the recuperation of the internal combustion engine and thus the hydropneumatic pressure accumulator in
  • Recuperation operation of the internal combustion engine can fill with hydraulic fluid. It is thus the braking energy of the motor vehicle used to fill the hydropneumatic pressure accumulator, which previously used not usable energy now and thus the device overall significantly
  • High pressure pump withdrew the full power and filled the hydropneumatic accumulator.
  • the fully variable valve train that is, at least one piston and the cooperating valve operated by the accumulator alone, so that the high-pressure pump in this
  • Hydraulic systems can store large amounts of energy at low intrinsic volumes. In addition, they have a very simple operating principle, which is formed by a few components, namely only the actual pressure accumulator and two therein contained by a membrane separate working spaces. Due to their very low compressibility, hydraulic fluids can use their energy usually poorly store in limited volumes. On the other hand, this property allows them to transmit significant forces. In contrast, the much more compressible gases allow a
  • Pressure accumulator is of a flexible partition, that is, for example, the aforementioned membrane, divided into two chambers, that is, in two working spaces, wherein in one chamber, the pressurized
  • the membrane can be made from a
  • Elastomer be formed. With the device according to the invention, it is in any case possible to effectively use previously unused deflated braking energy and to use for operating a high-pressure pump, whereby the energy consumption of the device according to the invention can be significantly reduced.
  • the high-pressure pump is designed as a vane pump or as a rotary piston pump.
  • the vane pumps often called rotary vane pumps, are positive displacement pumps for gases and liquids and suitable for both suction and pressure applications. They consist of a hollow cylinder (stator) in which a rotor rotates. The axis of rotation of the rotor is arranged eccentrically to the stator, wherein the rotor contacts the inner wall of the stator between the inlet and outlet. In the rotor usually radially arranged guides are incorporated, in which sit the rotary valve.
  • Hydraulic fluid is disconnected.
  • other inert gases for the hydropneumatic accumulator conceivable, with nitrogen offers the great advantage that it is cheap available and no health or environmental hazard.
  • such hydropneumatic pressure accumulators are already available on the market as cheap and proven series parts.
  • the present invention is further based on the general idea to equip a motor vehicle with such a device, wherein the
  • High pressure pump of the device is mechanically integrated into a drive train of the motor vehicle. This makes it possible to operate the high-pressure pump preferably only if the motor vehicle is braked and is therefore in its recuperation mode. In recuperation operation is more energy available, as by the
  • High pressure pump in the powertrain can do this during the
  • the high-pressure pump is arranged after a clutch in the drive train, which offers the great advantage that the
  • the invention is further based on the general idea to provide a method for operating a motor vehicle with such a device, in which an engine control unit, the high-pressure pump for filling the
  • Hydropneumatic accumulator with hydraulic fluid then activated, provided that the motor vehicle in recuperation, ie in the
  • the engine control unit can activate the high-pressure pump independently of the presence of the recuperation operation, provided that a pressure in the hydropneumatic pressure accumulator falls below a predefined limit pressure. This is particularly necessary if the motor vehicle for example runs longer on a highway in the unbraked state and existing in the hydropneumatic pressure accumulator pressure is no longer sufficient to actuate the piston and thus no longer to actuate the valves. In this case, of course, the high pressure pump must be switched to the
  • a connection of the high-pressure pump can be done automatically, for example, if, for example, arranged in the region of the pressure accumulator pressure sensor reaching or
  • the high-pressure pump can also have an electric drive device, which is energized exclusively in recuperation operation.
  • a generator may be integrated into the drive train in drive connection.
  • the activation or deactivation can take place, for example, via a clutch, which is closed if the motor vehicle is in the Recuperation plant is located. It is conceivable that the internal combustion engine is disengaged from the drive train and the
  • High-pressure pump is coupled to the drive train.
  • High pressure pump permanently connected to the drive train to leave and turn on the pumping action by adjusting the rotary piston pump or to make neutral. All variants can be controlled and controlled by a central control unit according to the current driving behavior or driving state or state of charge of the hydropneumatic accumulator.
  • Fig. 1 shows an inventive device for controlling a gas exchange valve.
  • a gas exchange valve 2 of an internal combustion engine 3 an axially adjustable valve member 4, which has a piston 5 at its combustion chamber remote end.
  • the piston 5 separates axially two hydraulic working spaces 6 and 7, of which the combustion chamber near working chamber 7, the valve member 4 in the closing direction and a combustion chamber remote working chamber 6, the valve member 4 is acted upon in the opening direction.
  • a high pressure pump 8 and an electric control valve 9 for acting on the working chambers 6, 7 and a hydropneumatic pressure accumulator 10 with hydraulic fluid.
  • Hydraulic fluid are applied, whereas in the combustion chamber near
  • an engine control unit 11 which activates the high-pressure pump 8 exclusively in the recuperation mode of the internal combustion engine 3, or of a motor vehicle 13, and thus fills the hydropneumatic pressure accumulator 10 with hydraulic fluid during recuperation operation.
  • the high pressure pump 8 is mechanically in a drive train 12 of the
  • Motor vehicle 13 is integrated and thus in the recuperation of the internal combustion engine 3, that is, in the braking operation of the motor vehicle 13 is preferably driven only mechanically.
  • the high-pressure pump 8 is preferably arranged after a clutch 14 in the drive train 12, so that the use of the braking energy for filling the pressure accumulator 10 can be used even when the engine 3 is disengaged.
  • the high-pressure pump 8 can of course be mechanically coupled outside of a recuperation operation with the drive train 12 of the motor vehicle 13 and thereby operated. Whether a hydraulic pressure required for satisfactory operation is present in the pressure accumulator 10 can be detected, for example, by means of a pressure sensor 15, which is also connected to the engine control unit 11. Furthermore, the engine control unit 11 may also be designed to control a braking action of the motor vehicle 13 during braking operation.
  • the accumulator 10 has two chambers 16 and 17 which are separated by a membrane 18. In the chamber 16 while a compressible gas, such as nitrogen, arranged, whereas in the chamber 17, the hydraulic fluid is arranged.
  • a compressible gas such as nitrogen
  • a motor vehicle 13 equipped with the device 1 according to the invention can be operated with extremely low energy compared with previous motor vehicles with fully variable valve drives, since the energy required for operating the high-pressure pump 8 is preferably exclusively in the
  • the device 1 is also able to operate a long for the
  • Powertrain 12 of the motor vehicle 13 is coupled and thereby operated. This can, for example, automatically initiate the engine control unit 11 if the pressure sensor 15 drops below a predefined pressure
  • the hydropneumatic accumulator 10 also builds comparatively small, which is particularly in the cramped space in modern day

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Steuerung eines Gaswechselventils (2) einer Brennkraftmaschine (3), mit einem axial verschiebbaren Ventilglied (4), das an seinem brennraumfernen Ende einen Kolben (5) aufweist, der axial zwei Arbeitsräume (6,7) voneinander trennt, und mit einer Hochdruckpumpe (8) und einem Steuerventil (9) zur Beaufschlagung zumindest eines der Arbeitsräume (6,7) mit Hydraulikflüssigkeit. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass ein mit der Hochdruckpumpe (8) verbundener hydropneumatischer Druckspeicher (10) vorgesehen ist, in welchem die zur Betätigung des Kolbens (5) und damit des Ventilglieds (4) erforderliche Hydraulikflüssigkeit unter Druck speicherbar ist, und dass ein Motorsteuergerät (11) vorgesehen ist, welches die Hochdruckpumpe (8) im Rekuperationsbetrieb der Brennkraftmaschine (3) aktiviert und somit den hydropneumatischen Druckspeicher (10) im Rekuperationsbetrieb der Brennkraftmaschine (3) mit Hydraulikflüssigkeit befüllt. Hierdurch kann das Kraftfahrzeug (13) energiesparend betrieben werden.

Description

Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils einer
Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines
Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen
Kraftfahrzeugs.
Aus der DE 198 26 047 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Vorrichtung weist dabei ein axial verschiebbares Ventilglied auf, welches an seinem
brennraumfernen Ende einen Kolben besitzt und axial zwei hydraulische
Arbeitsräume voneinander trennt, von denen ein brennraumnaher Arbeitsraum das Ventilglied in Schließrichtung und ein brennraumferner Arbeitsraum das Ventilglied in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Ebenfalls vorgesehen sind eine Hochdruckpumpe sowie eine elektrisches Steuerventil zur Beaufschlagung der Arbeitsräume mit Hydraulikflüssigkeit und zum Verstellen des Kolbens und damit des Ventils. Die Ventile werden somit hydraulisch über den Kolben betätigt, wobei der Kolben wiederum durch das schnell schaltbare elektrische Steuerventil angesteuert wird. Der zur Betätigung benötigte hohe Druck der
Hydraulikflüssigkeit wird dabei durch die Hochdruckpumpe erzeugt, wobei ein kleiner Zwischenspeicher zur Zwischenspeicherung von Hydraulikflüssigkeit dient.
Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist jedoch der vergleichsweise hohe Energiebedarf der Hochdruckpumpe zur Bereitstellung des zur Betätigung des Ventils erforderlichen Drucks. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere deutlich energiesparender betrieben werden kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine
Hochdruckpumpe zur Erzeugung eines einen Kolben und ein damit verbundenes Ventilglied verstellenden Drucks mechanisch antreibbar in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einzubinden und vorzugsweise ausschließlich in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges zu betreiben, und zudem einen mit der Hochdruckpumpe verbundenen hydropneumatischen Druckspeicher vorzusehen, in welchem die zur Betätigung des Kolbens und damit des Ventilglieds
erforderliche Hydraulikflüssigkeit unter Druck speicherbar ist. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Gaswechselventile besitzt dabei das bekannte axial verschiebbare Ventilglied, dass an seinem
brennraumfernen Ende einen Kolben aufweist, der axial zwei Arbeitsräume voneinander trennt, von welchen ein brennraumnaher Arbeitsraum das Ventilglied in Schließrichtung und ein brennraumferner Arbeitsraum das Ventilglied in
Öffnungsrichtung beaufschlagt. Dabei sind in der Regel beide Räume durch eine Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar. In Sonderfällen ist es auch denkbar, dass der brennraumnahe Arbeitsraum pneumatisch betrieben wird, so dass die
Kompressibilität des Gases als Feder genutzt wird, deren Federrate gezielt durch Beeinflussung des Druckes eingestellt werden kann. Ebenfalls vorgesehen sind die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe sowie ein elektrisches Steuerventil zur Beaufschlagung der Arbeitsräume mit Hydraulikflüssigkeit bzw. zur Regelung des Gasdrucks im Fall des pneumatischen Betreibens des brennraumnahen
Arbeitsraumes. Erfindungsgemäß ist nun zur längerfristigen Speicherung von unter Hochdruck stehender Hydraulikflüssigkeit der zuvor erwähnte
hydropneumatische Druckspeicher vorgesehen, wobei die Hochdruckpumpe mittels eines Motorsteuergeräts im Rekuperationsbetrieb der Brennkraftmaschine aktiviert wird und somit den hydropneumatischen Druckspeicher im
Rekuperationsbetrieb der Brennkraftmaschine mit Hydraulikflüssigkeit befüllen kann. Es wird somit die Bremsenergie des Kraftfahrzeuges zur Befüllung des hydropneumatischen Druckspeichers verwendet, wodurch bislang nicht nutzbare Energie nunmehr genutzt und damit die Vorrichtung insgesamt deutlich
energiesparender betrieben werden kann. Im Bremsbetrieb, das heißt im
Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs wird somit von der erfindungsgemäß in den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs mechanisch eingebundenen
Hochdruckpumpe die volle Leistung abgezogen und der hydropneumatische Druckspeicher befüllt. Im Normalbetrieb wird der vollvariable Ventiltrieb, das heißt zumindest ein Kolben und das damit zusammenwirkende Ventil durch den Druckspeicher alleine betrieben, so dass die Hochdruckpumpe in diesem
Betriebszustand abgeschaltet werden kann. Nur wenn die im Druckspeicher befindliche Druckenergie nicht mehr ausreichen sollte, wird die Hochdruckpumpe auch im normalen Fahrbetrieb mechanisch angetrieben und zur Befüllung des hydropneumatischen Druckspeichers benutzt.
Der Vorteil von hydropneumatischen Druckspeichern ist, dass diese in
Hydrauliksystemen große Energiemengen bei kleinen Eigenvolumina speichern können. Darüber hinaus besitzen sie ein sehr einfaches Arbeitsprinzip, was durch wenige Bauteile, nämlich nur dem eigentlichen Druckspeicher und zwei darin enthaltenen durch eine Membran getrennte Arbeitsräume gebildet wird. Aufgrund ihrer sehr geringen Komprimierbarkeit können Hydraulikflüssigkeiten ihre Energie üblicherweise schlecht in begrenzten Volumina speichern. Andererseits erlaubt ihnen diese Eigenschaft die Übertragung bedeutender Kräfte. Im Gegensatz hierzu ermöglichen die wesentlich stärker komprimierbaren Gase eine
Speicherung beträchtlicher Energiemengen in geringen Volumen, sodass ein hydropneumatischer Druckspeicher die Eigenschaften dieser beiden
Medientypen in optimaler Weise kombiniert. Der hydropneumatische
Druckspeicher ist von einer flexiblen Trennwand, das heißt beispielsweise der zuvor erwähnten Membran, in zwei Kammern, das heißt in zwei Arbeitsräume, unterteilt, wobei sich in der einen Kammer die unter Druck stehende
Hydraulikflüssigkeit und in der anderen Kammer ein komprimierbares Gas, beispielsweise Stickstoff, befinden. Die Membran kann dabei aus einem
Elastomer ausgebildet sein. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auf alle Fälle möglich, bisher ungenutzt verpuffte Bremsenergie nun effektiv nutzen und zum Betrieb einer Hochdruckpumpe verwenden zu können, wodurch der Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich gesenkt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Hochdruckpumpe als Flügelzellenpumpe oder als Schwenkkolbenpumpe ausgebildet. Die Flügelzellenpumpen, oft auch Drehschieberpumpen, genannt, sind Verdrängerpumpen für Gase und Flüssigkeiten und sowohl für Saug- als auch für Druckaufgaben geeignet. Sie bestehen aus einem Hohlzylinder (Stator) in welchem ein Rotor, dreht. Die Drehachse des Rotors ist dabei exzentrisch zum Stator angeordnet, wobei der Rotor die Innenwand des Stators zwischen Einlassund Auslassöffnung berührt. Im Rotor sind meist radial angeordnete Führungen eingearbeitet, in welchen die Drehschieber sitzen. Diese Drehschieber unterteilen einen Raum zwischen dem Rotor und dem Stator in mehrere Kammern und können sich in den Führungen bewegen, um die Abstandsänderung zwischen Rotor und Stator während eines Umlaufs ausgleichen zu können. Selbstverständlich soll die zuvor genannte Aufzählung nicht abschließend sein, so dass auch weitere Ausführungsformen für die Hochdruckpumpe in Frage kommen.
Zweckmäßig weist der hydropneumatische Druckspeicher Stickstoff als
Speichergas auf, welches durch die Membran von der zu speichernden
Hydraulikflüssigkeit getrennt ist. Generell sind selbstverständlich auch andere inerte Gase für den hydropneumatischen Druckspeicher denkbar, wobei Stickstoff den großen Vorteil bietet, dass es billig verfügbar ist und keine Gesundheits- oder Umweltgefahr darstellt. Zudem sind solche hydropneumatischen Druckspeicher schon als günstige und erprobte Serienteile am Markt verfügbar.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung auszustatten, wobei die
Hochdruckpumpe der Vorrichtung mechanisch in einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingebunden ist. Dies ermöglicht es, die Hochdruckpumpe vorzugsweise ausschließlich dann zu betreiben, sofern das Kraftfahrzeug abgebremst wird und sich deshalb in seinem Rekuperationsbetrieb befindet. Im Rekuperationsbetrieb steht mehr Energie zur Verfügung, als durch die
Verbraucher des Kraftfahrzeuges abgebaut werden kann. Aus diesem Grund muss zum Bremsen des Kraftfahrzeugs üblicherweise die anfallende Energie in Wärme umgewandelt werden, beispielsweise an den Bremsscheiben, und verpufft dabei ungenutzt. Durch die mechanische Einbindung der
Hochdruckpumpe in den Antriebsstrang kann diese während des
Rekuperationsbetriebs des Kraftfahrzeuges aktiviert werden und dadurch die Bremsenergie zum Befüllen des hydropneumatischen Druckspeichers genutzt werden. Vorzugsweise ist dabei die Hochdruckpumpe nach einer Kupplung im Antriebsstrang angeordnet, was den großen Vorteil bietet, dass die
Hochdruckpumpe auch bei ausgekuppelter Brennkraftmaschine im Bremsbetrieb betrieben werden kann.
Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Vorrichtung anzugeben, bei welchem ein Motorsteuergerät die Hochdruckpumpe zum Befüllen des
hydropneumatischen Druckspeichers mit Hydraulikflüssigkeit dann aktiviert, sofern sich das Kraftfahrzeug im Rekuperationsbetrieb, das heißt im
Bremsbetrieb befindet. Hierdurch lässt sich erheblich Energie beim Betrieb des Kraftfahrzeuges einsparen, da die Hochdruckpumpe nicht wie bisher,
beispielsweise elektrisch, separat betrieben werden muss. Das Motorsteuergerät kann selbstverständlich die Hochdruckpumpe unabhängig vom Vorliegen des Rekuperationsbetriebs aktivieren, sofern ein Druck im hydropneumatischen Druckspeicher unter einen vordefinierten Grenzdruck fällt. Dies ist insbesondere dann erforderlich, sofern das Kraftfahrzeug beispielsweise länger auf einer Autobahn im ungebremsten Zustand fährt und der im hydropneumatischen Druckspeicher vorhandene Druck nicht mehr zur Betätigung des Kolbens und damit nicht mehr zur Betätigung der Ventile ausreicht. In diesem Fall muss selbstverständlich die Hochdruckpumpe zugeschaltet werden, um die
Druckversorgung sicherzustellen. Ein Zuschalten der Hochdruckpumpe kann dabei beispielsweise automatisch erfolgen, sofern beispielsweise ein im Bereich des Druckspeichers angeordneter Drucksensor das Erreichen oder
Unterschreiten des vordefinierten Grenzdrucks erfasst.
Generell kann die Hochdruckpumpe auch eine elektrische Antriebseinrichtung aufweisen, die ausschließlich im Rekuperationsbetrieb bestromt wird. Hierzu kann beispielsweise ein Generator antriebsverbunden in den Antriebsstrang integriert sein. Bei einer mechanischen Einbindung der Hochdruckpumpe in den Antriebsstrang kann die Aktivierung bzw. Deaktivierung beispielsweise über eine Kupplung erfolgen, welche geschlossen wird, sofern sich das Kraftfahrzeug im Rekuperationsbetrieb befindet. Hierbei ist es denkbar, dass der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang ausgekuppelt wird und die
Hochdruckpumpe mit dem Antriebsstrang gekuppelt wird.
Ebenso ist es bei Einsatz einer Schwenkkolbenpumpe denkbar, die
Hochdruckpumpe ständig fest verbunden mit dem Antriebsstrang zu belassen und die Pumpwirkung durch Verstellung der Schwenkkolbenpumpe einzuschalten bzw. neutral zu stellen. Alle Varianten können durch ein zentrales Steuergerät entsprechend dem aktuellen Fahrverhalten bzw. Fahrzustand bzw. Ladezustand des hydropneumatischen Speichers kontrolliert und gesteuert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils.
Entsprechend der Fig. 1 , weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Steuerung eines Gaswechselventils 2 einer Brennkraftmaschine 3 ein axial verstellbares Ventilglied 4 auf, das an seinem brennraumfernen Ende einen Kolben 5 besitzt. Der Kolben 5 trennt dabei axial zwei hydraulische Arbeitsräume 6 und 7, von denen der brennraumnahe Arbeitsraum 7 das Ventilglied 4 in Schließrichtung und ein brennraumferner Arbeitsraum 6 das Ventilglied 4 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Ebenfalls vorgesehen sind eine Hochdruckpumpe 8 sowie ein elektrisches Steuerventil 9 zur Beaufschlagung der Arbeitsräume 6, 7 sowie eines hydropneumatischen Druckspeichers 10 mit Hydraulikflüssigkeit. Selbstverständlich kann auch nur der brennraumferne Arbeitsraum 6 mit
Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden, wogegen im brennraumnahen
Arbeitsraum 7 ein Gas als Feder eingefüllt ist. Erfindungsgemäß ist nun die Hochdruckpumpe 8 mit dem hydropneumatischen Druckspeicher 10 verbunden, in dem die zur Betätigung des Kolbens 5 und damit des Ventilglieds 4
erforderliche Hydraulikflüssigkeit unter Druck speicherbar ist. Darüber hinaus vorgesehen ist ein Motorsteuergerät 11 , welches die Hochdruckpumpe 8 vorzugsweise ausschließlich im Rekuperationsbetrieb der Brennkraftmaschine 3, bzw. eines Kraftfahrzeugs 13, aktiviert und somit den hydropneumatischen Druckspeicher 10 im Rekuperationsbetrieb mit Hydraulikflüssigkeit befüllt. Die Hochdruckpumpe 8 ist dabei mechanisch in einen Antriebsstrang 12 des
Kraftfahrzeugs 13 eingebunden und wird somit im Rekuperationsbetrieb der Brenn kraftmasch ine 3, das heißt im Bremsbetrieb des Kraftfahrzeugs 13 vorzugsweise ausschließlich mechanisch angetrieben. Eine separate elektrische Energieversorgung und damit ein vergleichsweise hoher Energieverbrauch für die Hochdruckpumpe 8 können dadurch entfallen, so dass die gesamte Vorrichtung 1 vergleichsweise energiearm betrieben werden kann.
Die Hochdruckpumpe 8 ist dabei vorzugsweise nach einer Kupplung 14 im Antriebsstrang 12 angeordnet, so dass die Nutzung der Bremsenergie zum Befüllen des Druckspeichers 10 auch bei ausgekuppelter Brennkraftmaschine 3 genutzt werden kann.
Sollte die im Druckspeicher 10 vorhandene Energie nicht ausreichen, um die Arbeitsräume 6, 7 mit ein unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit zu versorgen und dadurch das Ventil 2 zu betätigen, so kann die Hochdruckpumpe 8 selbstverständlich auch außerhalb eines Rekuperationsbetriebs mechanisch mit dem Antriebsstrang 12 des Kraftfahrzeugs 13 gekoppelt und dadurch betrieben werden. Ob in dem Druckspeicher 10 ein zum zufriedenstellenden Betrieb erforderlicher Hydraulikdruck vorhanden ist, kann beispielsweise mittels eines Drucksensors 15 erfasst werden, der zugleich mit dem Motorsteuergerät 11 verbunden ist. Ferner kann das Motorsteuergerät 11 auch zum Steuern einer Bremswirkung des Kraftfahrzeugs 13 im Bremsbetrieb ausgebildet sein.
Der Druckspeicher 10 besitzt zwei Kammern 16 und 17, die durch eine Membran 18 voneinander getrennt sind. In der Kammer 16 ist dabei ein komprimierbares Gas, beispielsweise Stickstoff, angeordnet, wogegen in der Kammer 17 die Hydraulikflüssigkeit geordnet ist.
Generell kann ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ausgestattetes Kraftfahrzeug 13 im Vergleich zu bisherigen Kraftfahrzeugen mit vollvariablen Ventiltrieben äußerst energiearm betrieben werden, da die zum Betrieb der Hochdruckpumpe 8 erforderliche Energie vorzugsweise ausschließlich im
Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs 13, das heißt im Bremsbetrieb desselben, gewonnen wird und nicht extra für den Betrieb der Hochdruckpumpe 8 erzeugt werden muss. Durch den hydropneumatischen Druckspeicher 10 ist die Vorrichtung 1 darüber hinaus in der Lage, lange einen zum Betrieb der
Vorrichtung 1 erforderlichen hydraulischen Druck aufrechtzuerhalten, so dass im günstigsten Fall davon auszugehen ist, dass die Hochdruckpumpe 8 den
Druckspeicher 10 ausschließlich im Rekuperationsbetrieb und damit
ausschließlich ohne zusätzlichen Energieeinsatz befüllen kann. Sollte, beispielsweise bei einer längeren Autobahnfahrt, doch einmal die im
Druckspeicher 10 gespeicherte Energie nicht ausreichen, kann die Hochdruckpumpe 8 selbstverständlich jederzeit antriebstechnisch mit dem
Antriebsstrang 12 des Kraftfahrzeuges 13 gekoppelt und dadurch betrieben werden. Dies kann beispielsweise das Motorsteuergerät 11 automatisch initiieren, sofern der Drucksensor 15 einen Druckabfall unter einen vordefinierten
Grenzdruck erfasst.
Der hydropneumatische Druckspeicher 10 baut darüber hinaus vergleichsweise klein, was insbesondere bei den beengten Platzangeboten in modernen
Motorräumen von großem Vorteil ist.
*****

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zur Steuerung eines Gaswechselventils (2) einer
Brennkraftmaschine (3),
mit einem axial verschiebbaren Ventilglied (4), das an seinem
brennraumfernen Ende einen Kolben (5) aufweist, der axial zwei
Arbeitsräume (6,7) voneinander trennt, von denen ein brennraumnaher Arbeitsraum (6) das Ventilglied (4) in Schließrichtung und ein
brennraumferner Arbeitsraum (7) das Ventilglied (4) in Öffnungsrichtung beaufschlagt,
mit einer Hochdruckpumpe (8) und einem Steuerventil (9) zur
Beaufschlagung zumindest eines der Arbeitsräume (6,7) mit
Hydraulikflüssigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit der Hochdruckpumpe (8) verbundener hydropneumatischer Druckspeicher (10) vorgesehen ist, in welchem die zur Betätigung des Kolbens (5) und damit des Ventilglieds (4) erforderliche
Hydraulikflüssigkeit unter Druck speicherbar ist,
dass ein Motorsteuergerät (11 ) vorgesehen ist, welches die
Hochdruckpumpe (8) im Rekuperationsbetrieb der Brennkraftmaschine (3) aktiviert und somit den hydropneumatischen Druckspeicher (10) im Rekuperationsbetrieb der Brennkraftmaschine (3) mit Hydraulikflüssigkeit befüllt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochdruckpumpe (8) als Flügelzellenpumpe oder als
Schwenkkolbenpumpe ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckspeicher (10) Stickstoff als Speichergas aufweist, welches durch eine Membran (18) von der Hydraulikflüssigkeit getrennt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der brennraumnahe Arbeitsraum (6) mit einem Gas beaufschlagt ist und somit pneumatisch betrieben werden kann.
5. Kraftfahrzeug (13) mit einer Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochdruckpumpe (8) mechanisch in einen Antriebsstrang (12) des Kraftfahrzeugs (13) eingebunden ist.
7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochdruckpumpe (8) nach einer Kupplung (14) im Antriebsstrang (12) angeordnet ist.
8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (15) zur Druckerfassung im hydropneumatischen Druckspeicher (10) vorgesehen ist, der zugleich mit dem Motorsteuergerät (11 ) verbunden ist.
9. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Motorsteuergerät (11 ) zum Steuern einer Bremswirkung des Kraftfahrzeugs (13) im Rekuperationsbetrieb ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (13) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem ein Motorsteuergerät (11 ) eine Hochdruckpumpe (8) zum Befüllen des hydropneumatischen Druckspeichers (10) mit
Hydraulikflüssigkeit aktiviert, sofern sich das Kraftfahrzeug (13) im
Rekuperationsbetrieb, das heißt im Bremsbetrieb befindet.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Motorsteuergerät (11 ) die Hochdruckpumpe (8) unabhängig vom Vorliegen eines Rekuperationsbetriebs aktiviert, sofern ein Druck im hydropneumatischen Druckspeicher (10) unter einen vordefinierten
Grenzdruck fällt.
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